混合沙跃移运动数值模拟

采用数值模拟方法分析了混合沙的跃移运动规律,模拟结果表明:模型能够合理反映混合沙实际跃移行为,模拟结果与野外试验和他人实验结果基本相符;混合沙跃移输运主要集中于地表之上30cm以下,达总输沙量95%以上;总输沙率垂向分布整体呈指数规律递减,靠近地表处形成输沙率峰值;不同粒径沙粒输沙率随高度的变化与总输沙率基本一致,但是各粒径输沙量、输沙率峰值大小、峰值所处的高度各不相同;风速的增大并不改变混合沙和各粒径沙粒输沙率垂向分布的结构形式,只是风速增高,输沙率峰值和峰值所处的高度均增大;随着风速的增大,总输沙量中小粒径沙粒份额逐渐降低,大粒径沙粒份额逐渐升高。     

毛乌素沙地风沙流结构的研究

运用曲线拟合、拟合方程等方法,对毛乌素沙地南缘流动沙丘0～30cm垂直高度范围内的风沙流结构进行了分析研究。结果表明:在0～30cm高度,输沙率均与风速成正比,与高度成反比,幂函数拟合关系最佳。其中,各高度层输沙率随风速的变化分别呈幂函数或指数函数关系,同风速下输沙率随着高度的增加而减小,呈幂函数或指数函数关系;随着风速和气流中总输沙率的增加,0～30cm高度范围内的绝对输沙率增加,相对输沙率(%)的变化为下层趋于减少,中层略变,上层增加,风沙流结构的特征值λ增大;风沙流中沙粒粒度沿垂向变化为细沙增加,中沙减少,沙粒平均粒径变细。     

不同粒径沙粒胶结体覆盖对地表风蚀和输沙率抑制效应的风洞模拟

沙粒胶结体(sand cemented bodies,缩写为SCB)是由众多沙粒胶结而成的大颗粒物质,广泛分布于塔克拉玛干沙漠腹地部分垄间地表。通过风洞实验测定了不同风速下不同粒径沙粒胶结体覆盖对沙床面的土壤风蚀率和输沙率变化的影响。结果表明:风速和粒径是影响SCB覆盖沙床面风蚀率的主要因素。在一定的风力条件下,风蚀率随沙粒胶结体粒径的增加呈指数递减变化,在一定的胶结体覆盖度下,风蚀率随风速增加而增大,且粒径越大风蚀率随风速的增加而增大的趋势更为明显;风速不是影响地表输沙率的主要因素,胶结体粒径在一定程度上对输沙率的影响起主导作用。随着胶结体粒径的增加,沙粒在胶结体覆盖床面产生上升过程,且输沙率随粒径的增加而增大,胶结体覆盖对输沙率的抑制作用主要体现在胶结体覆盖的密度效应上,密度越小输沙率越高。即同一盖度下的胶结体颗粒物,大粒径的胶结体较小粒径胶结体沙床面分布密度、数量都相对较小。因此,大粒径胶结体地表输沙率相对较大。不同粒度范围的胶结体覆盖沙床面表现出不同的风蚀和输沙率抑制效应,依次为:2~3 mm3~5 mm5~7 mm7~10 mm10 mm。     

塔克拉玛干沙漠北缘荒漠过渡带风沙流结构特征分析

利用多种集沙仪,通过野外实时输沙观测,对塔克拉玛干沙漠北缘荒漠过渡带的地表风沙流特征进行了分析,结果表明：① 100 cm高度范围内,总输沙量的47.3%分布在30 cm高度内,这一比例小于前人的研究结果;输沙量随高度的变化比较符合幂函数分布。② 风沙流输沙的粒径以细砂、极细砂与粉砂为主,各高度层所占比例均达99%以上;风沙流输沙平均粒径随高度增加而减小,沙尘的含量随高度增加呈现“象鼻”状分布。③ 风沙流中贴地层风速廓线受风沙相互作用的影响,不再符合对数分布,更加符合幂函数u=az^b分布。     

塔里木盆地塔中地区野外微梯度风沙流观测

利用2014年7月至8月塔中地区沙尘与扬沙天气下风沙流运动的实测数据,对0~85 mm高度内风沙流运动进行了研究。结果表明:(1)0~85 mm高度层,输沙率(Q)随风速(v)增大呈幂函数规律增加,R2≥0.975 7,且输沙率主要集中在0~35 mm高度内。(2)总输沙率和撞击颗粒数的最佳拟合函数为线性函数,R2≥0.878 2,相关性较好;塔中地区1 min最小临界起沙风速为4.0 m·s-1。(3)跃移运动集中在10:00—20:00,总输沙率最大值出现在12:00—16:00,17:00以后输沙率明显下降。     

沙区光伏设施干扰下近地表输沙通量分析

为了揭示沙区建设光伏电站后沙尘运移特征和形态发育及演变过程,本文定量分析了主要风向(光伏板面向正南,风向为W,即光伏设施排布方向与风向夹角为0°)条件下,库布齐沙漠200 MWp光伏电站腹地区域光伏板不同位置输沙特征、地表风蚀状况和流场分布规律。结果显示:①光伏板不同部位输沙率随风速的增大而增加,不同风速下平均输沙率板间(1. 17 g·cm~(-2)·min~(-1))板后(0. 86 g·cm~(-2)·min~(-1))板前(0. 65 g·cm~(-2)·min~(-1))。0～30 cm垂直断面上,不同部位90%以上输沙率集中分布在0～8 cm高度范围内,95%以上输沙率集中分布在0～11 cm高度范围内,挟沙气流中输沙率随高度的分布均符合指数规律递减(R~2≥0. 98)。②沙粒平均跃移高度表现为板前板后板间,且与风速正相关。风沙流通量系数分析表明,板间和板后风沙流集中在近地层,而板前风沙流有向高层移动的趋势。③光伏板不同位置摩阻风速表现为板前(0. 562 0～0. 596 0 m·s~(-1))板后(0. 331 2～0. 436 0 m·s~(-1))板间(0. 325 2～0. 363 2 m·s~(-1))。而且板前干沙层厚度显著高于其他位置,土壤可蚀性增加,综合作用下导致板前发生强烈掏蚀现象,观测期风蚀深度可达12. 44 cm。研究可为沙漠地区光伏电站内风沙危害的科学防治提供理论支撑。     

巴丹吉林沙漠拐子湖地区贴地层风速廓线和风沙流结构特征

野外监测试验表明：自由风和风沙流廓线拟合虽都以Z=A·exp(-X/T)+Z₁形式分布,但在风沙流中拟合系数更高;风沙流结构中,在20 cm以下随着高度的增加,各高度的输沙率百分比、含沙浓度、运动颗粒能量都呈增大趋势;20 cm以上随高度增加,各高度输沙率百分比变小,输沙率占总输沙率的51%左右,含沙量主要集中在离地面20 cm以内;风沙流在垂直方向上,高度与含沙平均粒径呈负相关,风速与含沙平均粒径变化呈正相关。这些结论对拐子湖地区防风治沙有重要的指导意义。     

格状沙障内风速波动特征初步研究

通过对不同孔隙度格状沙障内风沙流中风速波动特征研究发现:风沙流中各高度层风速波动具有很好的相关性,其波动幅度随孔隙度的增加而减小;瞬时风速在时间序列上波动的均一性随不同高度间距离增加呈递减趋势;瞬时风速的波动性一方面受下垫面性质及外在环境条件的影响,另一方面与其所在高度层沙粒数量和运动状态有关.     

策勒沙漠-绿洲过渡带不同下垫面的输沙通量及粒度差异特征

沙漠-绿洲过渡带天然植被具有良好的防风阻沙效益,对绿洲内部农田起到重要保护作用。在策勒4个不同下垫面风动力条件研究基础上,结合地表和BSNE积沙仪沙样粒度进行分析,探讨不同下垫面水平输沙通量差异及沙物质粒度特征及形成原因。结果表明:平均风速及地表输沙率从流沙前沿经半固定沙地、固定沙地、进入绿洲后大幅度减少。沿主风向随着与流沙前沿距离的增加和搬运高度的增加,地表裸平沙地和输沙沙粒平均粒径都有变细的趋势,流沙前沿和绿洲边缘地表沙粒平均粒径相差30μm,BSNE跃移输沙沙粒粒级分布范围比过渡带平沙地地表沙粒粒级分布范围较窄。     

沙丘移动速度的观测与计算

在沙漠地区研究沙丘上风沙输运和估算沙丘移动速度对防治沙害有实际意义。文献1,2均给出了计算沙丘移动速度的公式,但必须知道相应的输沙率。由于输沙率和当地风速有关而沿沙丘脊线不同高度处有不同的风速,如何把沙丘上各点的风速与受沙丘扰动的“来流”风速关联起来就成为关键问题。本文对5个不同高度沙丘上的风速和输沙率进行多次观测、在详细分析所得数据的基础上给出了风速之间的关联和计算沙丘移动速度的普遍公式,并与实测结果作了比较。